1.2磁场对运动电荷的作用力 导学案-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

1.2 磁场对运动电荷的作用力 导学案 学习目标： 1．理解洛伦兹力的实质，推导公式。理解利用左手定则判断洛伦兹力的方向。 2．掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算，理解洛伦兹力对电荷不做功。 3．了解电视显像管的工作原理。 学习重点：探究得出洛伦兹力的方向和大小的过程 学习难点：洛伦兹力方向、大小的得出 复习引入 1、前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题： （1）如图，判定安培力的方向若已知上图中：B=4.0×10-2 T，导线长L=10 cm，I=1 A。求：导线所受的安培力大小？ （2）电流是如何形成的？ 磁场对电流有力的作用，那么磁场对运动电荷有作用力吗？ 合作探究 【学习任务一、洛伦兹力的大小】 1．洛伦兹力 (1)定义：运动电荷在 中受到的力． (2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的 ． 2．洛伦兹力的方向 左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从 垂直进入，并使四指指向 运动的方向，这时 所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向．负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 ． 3．F、B、v三者方向间的关系 电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定的。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。 4．洛伦兹力不做功 由于洛伦兹力方向始终与电荷运动的方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷不做功，它只改变电荷速度的方向，不改变电荷速度的大小。 例1.在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将(　　) A．向上偏转　　 　　 　　 B．向下偏转 C．向纸里偏转 D．向纸外偏转 例2．[多选]一带电粒子(重力不计，图中已标明粒子所带电荷的正负)进入磁场中，下列关于磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向的标示正确的是(　　) 【学习任务二、洛伦兹力的大小】 1、推导洛伦兹力的大小：如图所示，直导线长l，电流为I，单位体积内的自由电荷数为n，截面积为S，每个电荷的电荷量均为q，定向运动速度为v，磁场的磁感应强度为B。 (1)这段通电导线所受的安培力是多大？ (2)此段导线的自由电荷个数是多少？ (3)每个自由电荷受到的洛伦兹力又是多大？ 2．洛伦兹力的大小 (1)当v与B成θ角时，F＝ . (2)当v⊥B时，F＝ . (3)当v∥B时，F＝ . 3．[多选]在如图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度大小均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q，则下列各图中带电粒子所受洛伦兹力的大小表达正确的是(　　) A．图(1)中洛伦兹力大小为qvBsin30° B．图(2)中洛伦兹力大小为qvBsin30° C．图(3)中洛伦兹力大小为0 D．图(4)中洛伦兹力大小为qvB 任务三：洛伦兹力与现代科技 1.电视显像管的工作原理 从图（俯视图）可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。 ①.如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？ ②.如果要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？ ③.如果要使电子束打在荧光屏的位置由B逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？ 2.速度选择器 在图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。试分析带电粒子具有怎样速度时，才能沿着图示虚线路径通过这个装置。 3．磁流体发电机 ⑴图中A、B板哪一个事电源的正极？ ⑵若A、B两板相距为d，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大？ 巩固练习： 1、一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为1、2、3三束粒子流，不考虑重力及粒子间的相互作用，则下列选项不正确的是（　　） A．1带正电 B．1带负电 C．2不带电 D．3带负电 2. [多选]如图所示为一“速度选择器”的示意图。a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出，不计重力作用。可能达到上述目的的办法是(　　) A．使a板电势高于b板，磁场方向垂直